单绕组双速异步电机设计

1、湖南工程学院应用技术学院毕业设计说明书题 目： 单绕组双速异步电机设计 专业班级： 电气工程 班 学生姓名： 学 号： 完成日期： 2012年6月 指导教师： 刘金泽 评阅教师： 谢卫才 2012年6月 湖南工程学院应用技术学院毕业设计(论文)诚 信 承 诺 书本人慎重承诺和声明：所撰写的单绕组双速异步电机设计是在指导老师的指导下自主完成，文中所有引文或引用数据、图表均已注解说明来源，本人愿意为由此引起的后果承担责任。设计(论文)的研究成果归属学校所有。 学生(签名) 年 月 日 毕业设计（论文）任务书题目： 单绕组双速异步电机设计 姓名 骆飞祥 院 应用技术学院 专业 电气工程及其自动化 班

2、级 0882学号 200813010206指导老师 刘 金 泽 职称 副 教 授 教研室主任 谢 卫 才 基本任务及要求： 主要设计内容包括：1、变极电机定子绕组方案确定。2、电磁设计及参数分析。 3、实例计算。4、熟悉和掌握电磁设计程序。 通过对电动机定子绕组方案的确定及电磁计算，掌握反向变速电机的工作原理和设计方法熟悉电磁设计程序。 进度安排及完成时间 1、第一周：布置毕业设计任务，查阅收集相关设计资料 2、第二周至第三周：撰写开题报告和文献综述 3、第四周至第六周：毕业实习，撰写实习报告 4、第七周至第八周：撰写毕业设计论文，完成设计 5、第九周至第十二周：毕业设计中期检查 6、第十三周

3、至第十四周：整体完善、修改毕业设计 7、第十五周：进一步完善、修改毕业设计，修正毕业设计格式 8、第十六周：指导老师批阅，电子文档上传ftp 9、第十七周：打印、装订成册，毕业设计答辩 目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc27785 摘要 HYPERLINK l _Toc18938 Abstract HYPERLINK l _Toc10393 第 1 章 绪 论 PAGEREF _Toc10393 1 HYPERLINK l _Toc14612 1 .1 单绕组多速电动机的概况 PAGEREF _Toc14612 1 HYPERLINK l _Toc3850 1

4、.2 异步电动机调速研究的发展 PAGEREF _Toc3850 1 HYPERLINK l _Toc4515 1 .3 单绕组调速电机的应用前景 PAGEREF _Toc4515 4 HYPERLINK l _Toc27734 第 2 章 变极原理和方法 PAGEREF _Toc27734 5 HYPERLINK l _Toc9458 2 .1 变极调速原理 PAGEREF _Toc9458 5 HYPERLINK l _Toc4207 2 .2 反向变极法的原理和绕组排列 PAGEREF _Toc4207 5 HYPERLINK l _Toc32694 2 .2.1 反向变极原理 PAGE

5、REF _Toc32694 5 HYPERLINK l _Toc1943 2 .3 反向变极法的绕组接线方法 PAGEREF _Toc1943 8 HYPERLINK l _Toc28162 第 3 章 设计特点 PAGEREF _Toc28162 10 HYPERLINK l _Toc777 3 .1 设计数据和尺寸的选择 PAGEREF _Toc777 10 HYPERLINK l _Toc25554 3 .1.1 定子内径选择 PAGEREF _Toc25554 10 HYPERLINK l _Toc14288 3 .1.2 定子槽数的选择 PAGEREF _Toc14288 10 HY

6、PERLINK l _Toc5881 3 .1.3 定子节距的选择 PAGEREF _Toc5881 10 HYPERLINK l _Toc28037 3 .1.4 转子槽形选择和尺寸 PAGEREF _Toc28037 10 HYPERLINK l _Toc15735 3 .1.5 转子槽数的选择 PAGEREF _Toc15735 12 HYPERLINK l _Toc972 3 .1.6 定转子槽配合问题 PAGEREF _Toc972 12 HYPERLINK l _Toc15232 3 .2 技术参数 PAGEREF _Toc15232 12 HYPERLINK l _Toc1144

7、9 3 .3 转矩特性和功率特性 PAGEREF _Toc11449 15 HYPERLINK l _Toc9917 第 4 章 电磁设计 PAGEREF _Toc9917 17 HYPERLINK l _Toc19350 4.1 四极电机电磁设计 PAGEREF _Toc19350 17 HYPERLINK l _Toc28811 4.1.1 额定数据和主要尺寸 PAGEREF _Toc28811 17 HYPERLINK l _Toc8862 4.1.3参数计算 PAGEREF _Toc8862 24 HYPERLINK l _Toc22342 4.1.4 工作性能 PAGEREF _To

8、c22342 29 HYPERLINK l _Toc3994 4.2 二极电机电磁设计 PAGEREF _Toc3994 34 HYPERLINK l _Toc32486 4.2.1 额定数据和主要尺寸 PAGEREF _Toc32486 35 HYPERLINK l _Toc22168 4.2.2磁路计算 PAGEREF _Toc22168 38 HYPERLINK l _Toc21361 4.2.3参数计算 PAGEREF _Toc21361 41 HYPERLINK l _Toc13064 4.2.4 工作性能 PAGEREF _Toc13064 47 HYPERLINK l _Toc1

9、1280 4.2.5起动性能 PAGEREF _Toc11280 49 HYPERLINK l _Toc27390 4.3 2/4极性能比较 PAGEREF _Toc27390 52 HYPERLINK l _Toc7120 第 5 章 双速异步电动机的控制 PAGEREF _Toc7120 53 HYPERLINK l _Toc15737 5.1 对控制线路的基本要求 PAGEREF _Toc15737 53 HYPERLINK l _Toc1357 5.2 控制原理图 PAGEREF _Toc1357 53 HYPERLINK l _Toc3030 结束语 PAGEREF _Toc3030

10、 55 HYPERLINK l _Toc28893 参考文献 PAGEREF _Toc28893 56 HYPERLINK l _Toc24533 致谢 PAGEREF _Toc24533 57 HYPERLINK l _Toc24823 附录A 转子冲片图 PAGEREF _Toc24823 58 HYPERLINK l _Toc15072 附录B 定子冲片图 PAGEREF _Toc15072 59 HYPERLINK l _Toc32488 附录C 四级电机定子绕组展开图 PAGEREF _Toc32488 60 HYPERLINK l _Toc16500 附录D 二级电机定子绕组展开图

11、 PAGEREF _Toc16500 61单绕组双速异步电动机摘要：随着我国经济的快速增长，双速电机的应用越来越广泛。然而现阶段对异步电机进行调速有多种方法，在定子绕组上采取措施的有：改变绕组极对数（变极）；改变电源频率（变频）；改变电源电压（变压）等。这些方法都各有优缺点，其中变极调速技术是一种最常用的方法。这种方法 虽然是有极调速，但具有简单、可靠及高效等优点，在对调速要求不高的许多生产机械中有着广泛的应用。本设计主要介绍了单绕组双速异步电动机的变极原理、绕组排列、绕组接法、电磁设计以及双速电动机的控制方法。关键字：变极调速；反向法；双速电动机。Single winding double

12、speed asynchronous motorAbstract: With Chinas rapid economic growth, more and more extensive application of double speed motor.However for asynchronous motor speed at a variety of methods in the stator winding, the measures are: Changing winding extremely logarithm; Change power frequency ; Change t

13、he power supply voltage , etc. These methods has its advantages and disadvantages, among them the change pole speed control technology is one of the most commonly used methods. This method although there is extremely control, but it is simple, reliable and efficient advantages in speed, not high dem

14、and in many production machinery in a wide range of applications.This design is mainlyintroduced the single winding doublespeed asynchronous motor variable extremely principle, windingarray, windingsmethod, electromagnetic design and the control method of a two-speed motor through examples.Key word:

15、The change pole speed; Reverse law; double speed motor第 1 章 绪 论1 .1 单绕组多速电动机的概况单绕组多速异步电动机是一种只有一套定子绕组，通过外部接线变换获得多种转速的电动机。它属与有级调速设备，具有间单、可靠、高效及易于绕制的优点，在许多工业领域的变速拖动中有着广泛应用。YD 系列变极多速三相异步电动机是Y（IP44）三相异步电动机的派生产品是现代 JDO2 系列变极多速三相异步电动机的更新换代产品。全系列11个机座号，9种速比，共103个规格。目前已鉴定定型批量生产的机座号为80180七个机座号，共65个规格。YD系列电动机的

16、安装尺寸及外型尺寸、绝缘等级、防护等级、冷却方法、结构及安装型式、使用条件、额定电压、额定功率等均与Y系列（IP44）电动机相同。机座号与速比、功率的关系以及力能指标均与国际同类产品的先进水平相近。变极多速三相异步电动机由于具有可随负载性质的要求而分级地变化转速，从而达到功率的合理匹配和间化变速系统的特点。电动机用于各式万能、组合、专用切削机床以及矿山冶金、纺织、印染、化工、农机等部门需要调速的各种传动机构。1 .2 异步电动机调速研究的发展交流异步电动机调速的研究始于20世纪 60 年代，已经取得了许多可喜的成果。近年来，电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，为交流调速技术的发

17、展创造了有利条件 ,使交流电动机调速和控制提高到了一个新的水平。国内外都十分重视开发研究交流电动机的调速技术，目前在发达国家中，很多直流调速已经被交流调速所取代，从而避免了直流电动机换向困难、维修不便等缺点。世界上有60左右的发电量是通过电动机消耗的。中国各类电动机的装机容量已超过4亿 kW，其中异步电动机约占90%，中小型电动机约占80%，拖动风机水泵及压缩机类机械的电动机约1.3亿 kW。目前，中小型电动机已超过152个系列，842个品种，4000多个规格。近十多年来，机械工业等有关部门大力抓电动机的节电工作，组织领导了有关研究所及企业，先后设计制成多种节能电动机，并明令颁布淘汰63种高耗

18、能电动机和推广24种节能电动机，取得了一定的成效。这些节能产品主要分成两大类：一类是提高电动机效率的高效电动机，另一类是调速电动机。高效电动机的代表产品有：(1) Y(IP44)系列异步电动机电动机容量从0.55200kW，B级绝缘，防护等级IP44，达到国际电工委员会(IEC)标准，产品达到20世纪70年代末国际水平，全系列加权平均效率比JO2系列提高0.43%，年产量约2000万kW。(2) Yx系列高效电动机该类电机由上海电器科学研究所组织电机行业研制成功，容量1.590kW，有2，4，6等3种极数。全系列电动机效率平均比Y(IP44)系列高3%左右，接近国际先进水平。适用于单方向运行，

19、年工作时间在3000h 以上。负载率大于50%的场合，节电效果显著。该系列电动机产量不高，年产量约1万kW。调速电动机的代表产品根据其调速方式可以划分为：(1) 变极调速电机主要产品有在国内已批量生产YD(90.45160kW)，YDT(0.17160kW)，YDB(0.3582kW)，YD(0.224kW)，YDFW(6304000kW)等8个系列产品，达到国际平均应用水平。(2) 电磁滑差调速电机国内已批量生产YCT(0.5590kW)，YCT2(15250kW)，YCTD(0.5590kW)，YCTE(5.5630kW)，YCTJ(0.5515kW)等8个系列产品，达到国际平均应用水平，

20、其中 YCTE系列的技术水平最高，最有发展前途。(3) 变频调速电机主要用于风机、水泵、压缩机等负载变化较大场合和精密机械等需要过程控制的场合。高效电机以Y系列交流异步电动机替代JO2型电机基本不受机型限制，因此，所有应用交流异步电动机的场合都可以用Y系列电机取代JO2系列电机。Yx系列电机的市场潜力受到其容量的制约。原则上，90kW以下的交流异步电动机可以Yx系列的高效电机取代。90kW以下的交流异步电动机装机容量约占交流异步电动机总量的30%左右。近十多年来，中国政府致力于推广电动机调速技术，各行各业都在一定程度上采用了电动机调速。据石油、电力、建材、钢铁、有色、煤炭、化工、造纸、纺织等部

21、门最近对企业抽样调查结果，石油、建材、化工行业电动机调速应用较好。在目前4亿kW的电机负载中，约有50%是负载变动的，其中的30%可以通过电机调速解决其负载变动问题。因此仅就目前的市场容量考虑，约有6000万kW的调速电机市场。调速电机主要技术有：(1) 中小容量风机、水泵、压缩机用低压变频调速技术中小容量( 指 280kW 以下) 的风机、水泵、压缩机通常采用低压(380，220V)电动机。该调速技术的调速范围广(100%0%)，调速精度高( 0.5%)，节电效果好( 多数为 25%50%)，总的性能是其它各种交流调速技术所不能比拟的。由于变频器的价格高( 一般为10001200元/kW。容

22、量很小时，单位价格还要高，其它交流调速技术需增加的投资一般为 50200 元/kW)，因此初投资大。(2) 中大容量风机、水泵、压缩机用高压变频调速技术中大容量(2806000kW)风机、水泵、压缩机通常采用高压(6,10kV)电动机传动，因此，高压变频调速技术的关键设备是高压变频器。该技术适用于在工艺流程中需要调节流量的用高压交流电动机驱动的风机、水泵或压缩机，因此适用于国民经济的各个部门，特别是电力、冶金、煤炭、建材、机械等部门。国外应用该技术的许多实例表明，其节电率一般为 25%40%。采用该项技术的购买变 频器等附件的费用以及基建安装费用超过1300元/kW。(3) 精密机械变频调速传

23、动技术变频调速应用范围广( 既适用于多种容量的异步电动机调速，也适用于各种容量的同步电动机调速，并可逐步替代直流调速 ) ，安装容易，保护完善，易实 现生产过程控制自动化等。需精密调速的机械和场合各式各样，采用变频调速技术所需的初始投资和基建费用也因对象不同而异，与其它各种交流调速技术相比要高很多，一般为 10002000元/kW。其运行维修费用也因对象不同而不同程度地减少。(4) 变极调速技术变极调速技术是通过采用变极多速异步电动机实现调速的。这种多速电动机大都为笼型转子电动机，其结构与基本系列异步电动机相似，现国内生产的有双、三、四速等 3 类。采用该项技术需要增加的初始投资平均为 50

24、元/kW，年运行费用基本不变，节电率按30%计算，用户投资回收期为三四个月。(5) 电磁调速技术 电磁调速技术是通过电磁调速电动机实现调速的技术。电磁调速电动机(又称滑差电机)由三相异步电动机、电磁转差离合器和测速发电机组成。三相异步电动机作为原动机工作。该技术也是国内最成熟的交流调速技术之一。适用于容量 在0.55630kW范围内的风机、水泵或压缩机。它的优点是结构简单，维护方便，初始投资不高(比普通笼型电动机高约220元/kW)。(6) 液力耦合器调速技术液力耦合器调速技术属于机械调速范畴，它是将匹配合适的调速型液力耦合器安装在常规的交流电动机和负载(风机、水泵或压缩机)之间，从电动机输入

25、转速，通过耦合器工作腔中高速循环流动的液体，向负载传递力矩和输出转速。只要改变工作腔中液体的充满程度即可调节输出转。采用该项技术需要增加初始投资平均为120元/kW，年运行维修费用基本不变，节电率平均为18%，用户投资 回收期为6个月。1 .3 单绕组调速电机的应用前景1. 高效率电机国家已明令不再生产JO2系列异步电机，“九五”期间将生产Y系列、Yx系列及其它通用或专用高效节能电动机约1.5亿kW(未包括更换现有JO2型用的新型电动机)。估计2000年和2010年Y和Yx系列电机的市场占有率将分别达到50%，90%和10%，30%左右。2. 调速电机目前调速电机的市场占有率约为20%，估计到

26、2000年和2010年，其市场占有率将达到50%和85%左右。采用上述两类节电技术，预计到2010年年节约电力超过910亿kWh。详见表1.1，二氧化碳减排量达到2890万t(碳)左右。表 1.1 电机减排潜力分析减排技术名称合计Yx系列电机变极电机电磁调速变频调速电机基准效率89.0%提高后的效率91.0%节电率1.7%100%100%200%2000 年节电量/TWh19.4722%1805400862010 年节电量/TWh9163043900225013502000年减排量/Mt（碳）2257182096261002010年减排量/Mt（碳）10618208104326071564单位

27、减排成本/元/t（CO2）-12896-1028-13995-13062-6531从上表可以看出：变极调速电机是目前最经济有效的节能电机，这就是本课题研究的意义。第 2 章 变极原理和方法单绕组多速异步电动机是一种只有一套定子绕组，通过外部接线变换获得多种转速的电动机。本设计主要研究单绕组双速异步电动机的变极原理、绕组排列、绕组接法、电磁设计以及双速电动机的控制方法，并通过举例叙述了普通三相鼠笼式单速异步电机改绕成双速异步电动机的步骤和计算方法。2 .1 变极调速原理异步电动机定子绕组通以三相电流，就能在气隙中产生一个以同步转速转动的旋转磁场。同步转速n1和电源频率f 、绕组极对数p有如下关系

28、：由此可以看出：当频率一定时，同步转速n1与极对数p成反比。只要设法改变同步转速n1，从而改变转子转速n 。P愈大，n愈小；P愈小，n愈大。改变定子绕组极对数，一般有以下三种方法： 单一绕组，改变其不同的接线组合，得到不同的极对数； 在定子槽内安放两个有不同极对数的独立绕组； 在子槽内安放两个有不同极对数的独立绕组，而且每个绕组又可以有不同的接线组合，得到不同的极对数。对于工厂来说，第一种方法最简单实用，因为它绕法简单，出线头较少，用铜也较省。所以单速异步电机改绕多速大多采用此法。若绕组改接前后的极对数是成倍数关系，则这种调速称为倍极比调速，例如 2/4 极、4/8 极等；否则，称为非倍极比调

29、速，例如 4/6 极、6/8 极等。本设计只讨论 2/4 极的变极原理和方法。2 .2 反向变极法的原理和绕组排列单绕组多速异步电动机的变极方法有多种：反向法、换相法和变节距法。在此我采用反向变极法来实现双速异步电机的控制，它是单绕组双速异步电动机变极方法中最常用的一种。2 .2.1 反向变极原理现以 2/4 极来说明反向法变极原理。图 2.1（a）、（b）表示了由两个元件成的一个相绕组在定子上的分布情况。两个元件的联接在图2.1（a）和（b）中以不同方式画出，每根元件边产生的磁场以虚线表示。由图 2.1可以清楚地看出，两个元件如（a）、（c）那样联接将产生一对极（2 极）；两元件接法换成图

30、2.1（b）、（d）所示，就产生两对极（4 极），极数增加了一倍。图 2.1 反向变极法的原理示意图【图中（a）、（b）表示转子上的极性，（c）、（d）表示极性正好相反】比较图 2.1 中的（a）、（c）和（b）、（d）可以知道，极数加倍的原因在于相线圈的一半电流反了向，所以这种变极方法叫作反向法。2 .2.2 应用槽矢量图排列双速电动机绕组以定子36槽2/4极单绕组双速电动机为例。2极时，其相邻两槽电角度 ，每极每相槽数，可得 24 槽2极时的槽矢量图如图 2.2所示。图 2.2 36槽 2极槽矢量图4 极时，根据相邻两槽电角度。同理可可画出它的槽矢量图如图 2.3所示。按照各槽相号不变原则

31、，对照 2 极相号，在 4 极槽矢量图上标出各槽相号。图 2.3 36槽 4极槽矢量图计算绕组系数：节距y=102极时，分布系数为：4极时，每极每相槽数还是q=6分布系数为： ，绕组系数分布为：Kdy2 = 0.958 0.707 = 0.667Kdy4 = 0.837 1 = 0.837从以上此例可以看出，倍级比为 2:1 的双速单绕组一般都是利用庶极接法获得的，并且都是反转向方案。2 极数为相带绕组，两种极数电机转向相反。2 .3 反向变极法的绕组接线方法以上利用利用反向变极法获得的双速电动机绕组，变极时每相线圈都有一半电流反向，这个反向可以通过适当的接线变换来实现。单绕组双速电动机用得较

32、多的接线方法有 2Y/和 2Y/Y 两种，出线头 6 根。下面以36槽2/4极双速电动机为例来说明具体接线方法。在图 2.4 中分别用虚线和实线表示不同接法时的电流方向（为比较起见，Y和接法一律用电流正方向）。表示U相得一半线圈，V、W 两相也如此。由图2.4可以清楚看出，不同接法时、也反了向。其电机的绕组排列图如图2.5 所示。图 2.4 36 槽 2/4 极 2Y联结绕组接线图图 2.5 电机绕组联接图第 3 章 设计特点3 .1 设计数据和尺寸的选择3 .1.1 定子内径选择在要求两种极数下功率接近，即所谓恒功率情况，为使低速下有合理的功率因数和较大的出力，一般宜采用低速（即极数多的）情

33、况下的定子内径。在要求恒转矩设计时为保证高速下的出力宜采用相应于高速情况下的定子内径，对于三速电机，一般采用中间速度的定子内径。3 .1.2 定子槽数的选择在极数、相数即定的情况下，定子的槽数决定于每极没相槽数q1。q1值的大小对电机的参数、附加损耗温升及绝缘材料消耗量等都有影响。当采用较大的q1 值时：（1）由于定子谐波磁场减小，使附加损耗降低，谐波漏抗减小。（2）一方面每槽导体数减少，使槽漏抗减小；另一方面槽数多了，槽高与槽宽的比值相应增大，使槽漏抗增大，但这方面影响较小。（3）槽中线圈边的总散热面积增加，有利于散热。（4）绝缘材料用量和加工工时增加，槽利用率降低。因此选择槽数时应对各方面

34、的因素综合考虑，参照已有型号 YD132M-2/4 极变极电机的参数，选取定子槽数为36。3 .1.3 定子节距的选择定子绕组的线圈节距自然是固定不变的，但是它的电角跨距却取决于极数。一个等于圆周 1 8 的线圈节距，对于 8 极接法提供了整距，对于6 极为 23整距，而对于 4 极接法却只是一半极距。应避免太窄的节距，而且对于一个2：1速比的变极绕组，可采用的方案是对大极数选用线圃节距为 1 言极距，因而对于小极数变为 23，而每一情况下线圈的短距系数均为0.87。节距实用上也可接近于1和12(短距系数为 1O 和0.71)以便防止低速接法下漏电抗太大。3 .1.4 转子槽形选择和尺寸1.

35、转子槽形感应电动机笼型转子槽形种类很多，有平底槽、梨形槽，对于采用铸铝转子的中小型电动机，尤其是小功率电机，一般采用图 3.1（a）所示平底槽形。图 3.1 转子槽形2. 转子槽形尺寸的确定转子槽形尺寸对于电动机的一系列性能参数如:起动电流、起动转矩、最大转矩、起动过程中的转矩（即T-s曲线的形状）、转差率、转子铜耗、功率因数、 效率、温升等都有相当大的影响；此外，槽的各部分尺寸对这些技术参数又有程度不同、性质不同的影响。其中起动转矩、起动电流、最大转矩和转差率与转子 槽形尺寸的关系最为密切，由于起动电流和最大转矩之间存在一定的比例关系，因此笼型转子槽形尺寸的确定除与定子槽形尺寸的确定有一些相

36、似的原则之外，还必须着重考虑起动性能的要求。对于铸铝转子，槽面积和铝条的截面积可认为 是相等的。为了确定导条截面积，需要先估算转子导条的电流 I2。考虑到转子电流 I2 和定子电流I1两者的相位不同，并根据电流的折算，可写出式中：转子每相串联导体数； 转子基波绕组系数； 考虑定转子电流相位不同而引入的系数，与功率因数有关。因，且笼型转子的对于普通中小型感应电动机铸铝转子，一般取JB=2.01064.5106A/m2。为了保证有足够大的起动转矩，转子电阻值不能太小，因此不能选取太小的 JB；但是JB太大了也不行，因为这将导致电机的转差率增大，并且使转子的电阻损耗大增，效率降低，发热严重。槽形和槽

37、面积初步确定后，可进一步确定转子槽的具体尺寸，其方法与确定定子槽形的方法相似。估算时转子齿磁密 Bi2 和 Bj2 可参考类似电机的数据，一般 Bi2 在 1.251.6T 之间；小型电机一般较低，约为 1.0T，这是因为转子冲片 直接套在轴上，除 2 极电机和部分 4 极电机外，轭部导磁截面都比较富裕。槽口部分尺寸可参考相近规格的电机来决定。3 .1.5 转子槽数的选择绕线转子感应电动机的转子绕组通常是对称的三相绕组，线圈的节距接近或等于基波的极距，因此定子谐波磁场一般不会引起较大的附加转矩，并且转子回路中可以串接外加电阻以增加起动转矩，因而它与笼型转子不同，无须把附加转矩对起动的影响作为首

38、先和必须考虑的因素。为了减少噪音和振动，一般应采用整数槽绕组。为了减少附加损耗，q2 和 q1 不宜太多，很少选用 q2 =q11。当采用 q2=（b+）分数槽时，宜选 d=2 的分数槽，所以选取转子槽数为32。3 .1.6 定转子槽配合问题笼型转子感应电机在选取转子槽数时，必须与定子槽数有恰当的配合，这就是所谓的槽配合。如果配合不当，会使电机性能恶化，例如有可能导致附加损耗、附加转矩、振动与噪声增加，从而使效率降低、温升增高、起动性能变坏、严重 时甚至无法起动。因为这些原因，在选择槽配合时必须慎重对待。通常在选择槽 配合时主要考虑下列原则：为了减小附加损耗，应采用少槽近槽配合。为了避免在起动

39、过程中，产生较强的同步附加转矩、振动和噪声，应避免采用下式列的槽配合:3 .2 技术参数1绕组系数 与一般单速电机一样，多速电机的绕组系数为：其中 kq 为分布系数，ky 为短矩系数。ky 的计算与单速电机一样，分布系数 kq 的物理意义与单速电机是相同的，但对于非60 或120 相带绕组一般应按矢量 图的矢量分布求得，可表示为120 相带绕组，计算 q1 时应计算每对极下每相的槽数，即。2磁路计算磁路计算方法与普通单速电机相同，其中（1）（ ）的选择：一般情况下，变极绕组的绕组系数较低，故选用（ ）值比普通单速电机为小。（2）关于两极轭磁密问题：两极轭磁密允许比普通单速电机高（但此时铁耗比较

40、大，效率相应降低），以便获得各速度下合理的气隙磁密比和功率分配。3参数计算（1）槽漏抗计算：对于非相带绕组槽漏磁导中的KU和KL应根据每相各槽上下层线圈边相位差所对应的KU、KL值之平均值计算，如表 3.1 所示。表3.1、值计算相位差10.750.25010.810.4370.25（2）谐波漏抗、 相带绕组按一般公式计算（对相带绕组,q1须用每对极下每相的槽数）。而对于其它各种不规则分布绕组尚无统一公式，可按相带计算后按经验适当放大1.21.5倍。4三相绕组的连接和磁密比的估计 前面分析过，改变绕组间相互连接可以实现变极的目的，这是一方面。另一方面，我们还需要通过绕组的不同连接，配合节距和匝

41、数的选择，调节电机在两种极数下的磁密比，以满足电机工作状况对功率分配（如恒转矩、恒功率）的要求。下面推导一下它们之间的关系。由电势的基本公式式中 每极磁通（麦麸），忽略磁路饱和的影响时式中 极距（厘米）； 铁心有效长度（厘米）； 定子铁心内径（厘米）；P极数。现在以通常字母代表第一种极数下的量，而以右上角带“”符号的字母代表第二种极数下的量，则得 （3-1）即 （3-2）再推求与之间的近似关系，我们知道异步电动机的转矩，其中, ,忽略与 的差别，同时近似认为两种极数下温升接近的条件为故得 （3-3）于是，电动机在两种极数下的功率关系为 （3-4）我们可以依照电机的工作状况对两种极数下的功率要求

42、，由式（3-3）和（3-4）近似地确定两种极数下的电磁转矩比和磁密比，然后适当选择绕组节距，算出绕组系数 和，再由式（3-1）推求两种极数下的连接方式为 2Y、2YY或是其它。反之，在确定了三相绕组的连接方式后，又可回头去推求两种极数下的磁密比，看其是否符合电机的工作状况。3 .3 转矩特性和功率特性一只三相单速异步电动机用变极方法经过改绕获得了多速，由于接线方法和绕组排列的不同，电动机在不同极数( 即不同转速) 时的输出转矩和输出功率也是不同的。但是，它们之间在数量上却大致有一定的关系，一般有恒功率、恒转矩 和可变转矩三种情况。恒功率是指电动机在各种极数时的输出功率基本接近，由于输出功率P（

43、瓦）=输出转距 M（牛米）转速 n （转/ 分）9.55因此必然转速高时转矩小，转速低时转矩大。恒转矩是指电动机在各种板数时的输出转矩基本接近，所以转速高时功串高转速低时功率小。可变转矩则是介于恒功率和恒转矩两者之间的一种情况。单绕组多速电动机的这种恒功率、恒转矩和可变转矩的性能特点具有一定的实际意义，因为根据生产机械的特点，对于变速也有不同的要求，一般也可分为恒功率、恒转矩和可变转矩三种情况。例如车床用双速电动机，它往往低速时负载重要求转矩大,高速时负载轻，转矩可小些因此,对于这种变速要求具有恒功率 特性。又如鼓风机或风扇类型机械 ,它需要的转矩随着转速的降低而减小，这种变速要求属于可变转矩

44、。另有些机械，不论转速如何，它的负载是不变的，这就要求变速具有恒转矩特性。异步电动机的转矩有以下关系：我们以角标2表示多极数的量，角标1表示少极数的量，并忽略 和的差别，则从式我们看出：在既定的极数比和忽略不同极数时转子功率因数的差别以及忽略低速通风条件较差的条件下单绕组多速电动机的性能特点将取决于绕组的接法。YD132M4/2 极电机的特性：采用 2Y/Y 接法，此时 ,由于 2 极时为两路并联，4极时一路串联，所以,则由上可知，在这种情况下得到的是恒转矩特性。起重机、运输带等机械，由于负载转矩是恒定的，所以适宜于采用 2YY 调速。2Y/接法：由此可知，在这种情况下得到的是可变转矩特性。金

45、属切削机床在一般的情况下，低速时进行粗切削，进刀量大，需要转矩大；高速时进行精切削，进刀量小，需要转矩小，而在不同转速时所需功率接近恒定值，因此适宜于采用 2Y接法调速。根据机械负载的要求，我们可以选用恒功率或恒转矩变极调速的电动机。但是对于一台已经制好的电动机，我们应当按照它的铭牌上规定的连接方法使用，不能随便改变接法。例如，规定是 2YY 接法的电动机，如果在多极数时把Y接法改为接法，则每相绕组的电压将提高到 倍，感应电势E1及主磁通也就相应地增大，使电机磁路过分饱和，激磁电流急剧增大，而使电动机损坏。第 4 章 电磁设计4.1 四极电机电磁设计已知数据：1.型号 YD132M-4/22.

46、功率 6.5KW3.额定电压 380V4.接法/2Y5.绝缘等级 B 级6.效率 0.847.功率因数 0.858.最大转矩倍数 2.09.启动转矩倍数 1.610.起动电流倍数 6.04.1.1 额定数据和主要尺寸1输出功率：2额定电压：3功电流：4效率：按照技术条件规定取5功率因数：按照技术条件规定取6极对数： P=27. 定转子槽数：36/328定转子每极槽数： 9查中小型电机设计手册确定电机的主要尺寸：再由表 103，按定子内外径比求出定子冲片外径根据标准直径最后确定 D1=0.21m定子内径： 铁心长度： 气隙的确定：气隙长度：铁心有效长度：转子外径：参照类似电机转子内径：11极距1

47、2定子齿距:13转子齿距:14定子绕组采用双层叠绕式，节距 111，Y=10.15为了削弱齿谐波磁场的影响，转子采用斜槽，一般斜一个定子齿距，于是转子斜槽宽。16. 设计定子绕组：每相串联导体数：取并联支路数,可得每槽导体数双层绕组取偶数，所以 定子绕组每个线圈匝数每相串联导体数：17. 每相串联匝数：18. 绕组线规设计：附录二，采用高强度漆包线，并绕根数，绝缘后,19. 定子槽形设计：（1）槽面积：按附录三，槽绝缘采用 DMDM 复合绝缘，,槽楔为 层压板,（2）槽绝缘占面积:（3）槽有效面积:（4）槽满率:符合要求。20.铁心长度: 铁心有效长度：净铁心长：对于不涂漆的硅钢片取压装系数：

48、21绕组系数：22每相串联导体数4.1.2磁路计算23计算每极磁通：由于采用低谐波绕组，可得 ,初设得24每极下齿部截面积：参照类似电机槽型设计取：槽口宽b01 =3.2mm，槽口高度 h01 =0.8mm，槽宽bs1 =5.3mm，槽高hs1 =18.0mm采用梨形槽。转子齿宽：截面积:25定子轭部高度计算：转子轭部高度计算：轭部导磁截面积：26一级下空气隙截面积：27波幅系数：由查得28气隙磁密计算：29对应于气隙磁密最大值处的定子齿部磁密：30转子齿部磁密：31定子轭部磁密：32转子轭部磁密：33从附录三的D23 磁化曲线找出对应上述磁密的磁场强度： 从电机设计附录五的D23 磁化曲线找

49、出对应于上述磁密的磁场强度： 34齿部磁路计算长度：35轭部磁路计算长度：36有效气隙长度：其中气隙系数计算：37计算气隙磁压降：38齿部磁压降：39饱和系数：误差：，合格40计算轭部磁压降，并查取校正系数表: 于是 于是41每极磁势: 42计算满载磁化电流：43磁化电流标幺值：44励磁电抗：4.1.3参数计算45线圈平均半匝长电子线圈节距： 取：其中节距比：直线部分长度：其中d1是线圈直线部分伸出铁心的长度，去1030mm。46双层线圈端部轴向投影长：47为漏抗系数： 48按照电机设计附录四计算定子槽比漏磁导。因为是双层绕组且短距，机设计附录四计算定子槽比漏磁导。因为是双层绕组，短距，根据,

50、 相带查沈阳机电学院电机系编的三相异步电动机原理，设计与实验图613得：节距漏抗系数: 49只在铁心部分有槽漏抗，因而计算槽漏抗时要乘上50考虑到饱和的影响，定子谐波漏抗：其中s =0.015 由电机设计图4-10 以q=6, =1.1111 查出。51端部漏抗：52可知感应电机定子绕组漏抗为：除以阻抗基值：得定子漏抗标幺值:式中：等于定子漏抗标幺值：53转子槽比漏磁导：其中, 由西安交通大学陈世坤主编电机设计图附四得到。 是由 查西安交通大学陈世坤主编电机设计图附16 得曲线得到。54转子槽漏抗标幺值：55考虑到饱和影响的谐波比漏磁导，于是转子谐波漏抗标幺值：其中，由电机设计图411以查得。

51、56转子绕组端部漏抗标幺值：57转子端部漏抗：58转子漏抗标幺值：59总漏抗：60定子绕组直流电阻：其中为B级绝缘平均工作在时铜的电阻率。61定子相电阻标幺值：62有效材料的计算：定子铜的铜的重量：其中C 是考虑导线绝缘和引线重量的系数， 漆包圆铜线C=1.05 ；是铜的密度。硅钢片重量：其中 = 0.005m 是冲减余量；是硅钢片的密度。63转子电阻的折算值：其中 是考虑铸铝转子因叠片不整齐，造成槽面积减小，导条电阻增加，通常取。64定子电流有功分量标么值：65转子电流无功分量标：其中：66转子电流无功分量标：67满载点势标么值：与初设相符。68空载电势系数：69空载时定子齿部磁密：70空载

52、时转子齿部磁密：71空载时定子轭部磁密：72空载时转子轭部磁密：73空载气隙磁密：74空载时定子齿部磁压降：75空载时转子齿部磁压降:76空载时定子轭部磁压降：77空载时转子轭部磁压降：78空载时气隙磁压降：79空载时每极磁势： 80空载磁化电流：4.1.4 工作性能81计算定子电流标幺值:82定子电流密度：83定子线负荷:84转子电流标幺值及导条电流实际值:端环电流实际值:转子电密:导条：端环电密：86定子损耗标幺值:87转子铝损耗的标幺值：88附加损耗：89由试验值二极封闭自扇冷式：机械损耗:90铁耗：（1） 定子齿体积：（2） 转子齿体积：（3）单位铁耗根据：和查沈阳机电学院电机系编的三

53、相异步电动机原理，设计与实验表示76 得：， (4）定子齿损耗：（5）定子轭损耗：（6）总损耗：对半闭口槽取铁耗校正系数： 91总损耗标幺值: 92输入功率标幺值：93效率：,合格94功率因数:，合格95额定转差率: 96额定转速:97最大转矩倍数:98起动性能假设起动电流:99起动时产生漏磁的定转子槽磁势平均值：因此产生的虚拟磁密:其中 100起动时漏抗饱和系数Z K 由电机手册图10-18 查出: 101漏磁路饱和引起的定子齿顶宽度的减小：漏磁路饱和引起的转子齿顶宽度的减小：102起动时转子槽比漏磁导:103起动时定子槽漏抗：104定子谐波漏抗起动时值:105起动时定子漏抗：106考虑集肤

54、效应的转子导条相对高度：铝（铸铝转子），查三相异步电动机-原理。设计与试验图816 得：，107由附录四计算起动时转子槽比漏磁导的减小：于是起动时转子槽比漏磁导:108起动时转子槽漏抗：109起动时转子谐波漏抗:110起动时转子斜槽漏抗：111起动时转子漏抗：112起动时总漏抗：113起动时转子电阻：114起动时总电阻:115起动时总阻抗:116起动电流：误差： 合格。117起动电流倍数:误差： 合格。118起动转矩倍数：误差： 合格。表4.1计算值与标准值的比较标准值计算值偏差是否合格1.效率0.840.843+0.35%合格2.功率因素0.860.869+1.04%合格3.最大转矩倍数2.

55、02.07+3.5%合格4.启动转矩倍数1.61.383-13.5%合格5.起动电流倍数6.05.52-8%合格由此可见效率、功率因数 、最大转矩倍数 、启动电流倍数 这四个性能指标都有裕量，而启动电流倍数却低于标准值，但其值都在容差范围之内，因此该电机合格。 进一步调整启动转矩可采用以下办法：（1）减少没槽导体数，使漏抗减少，启动总阻抗减少，就可以达到提高启动转矩的目的。（2）缩小转子槽面积，使转子电阻增加，也可以达到提高启动转矩的目的。 （3）采用较深的槽型或凸槽型等，利用集肤效应使启动时转子电阻增加。4.2 二极电机电磁设计已知数据：1.型号 YD132M-4/22.功率 8KW3.额定

56、电压 380V4.接法/2Y5.绝缘等级 B 级6.效率 0.807.功率因数 0.898.最大转矩倍数 2.19.启动转矩倍数 1.810.起动电流倍数 额定数据和主要尺寸1输出功率：2额定电压：3功电流：4效率：按照技术条件规定取5功率因数：按照技术条件规定取6极对数： P=17. 定转子槽数：36/32 每极每相槽数：8定转子每极槽数： 9查中小型电机设计手册确定电机的主要尺寸：再由表 103，按定子内外径比求出定子冲片外径根据标准直径最后确定 D1=0.21m定子内径： 铁心长度： 10气隙的确定：气隙长度：铁心有效长度：转子外径：参照类似电机转子内径：11极距12定

57、子齿距:13转子齿距:14定子绕组采用双层叠绕式，节距 111，Y=10.15为了削弱齿谐波磁场的影响，转子采用斜槽，一般斜一个定子齿距，于是转子斜槽宽。16. 设计定子绕组：每相串联导体数：取并联支路数,可得每槽导体数取，于是定子绕组每个线圈匝数定子绕组每个线圈匝数每相串联导体数：17. 每相串联匝数：18. 绕组线规设计：附录二，采用高强度漆包线，并绕根数，绝缘后直径截面积：,19. 定子槽形设计：（1）槽面积：按附录三，槽绝缘采用 DMDM 复合绝缘，,槽楔为 层压板。（2）槽绝缘占面积:（3）槽有效面积:（4）槽满率:符合要求。20.铁心长度: 铁心有效长度：净铁心长：对于不涂漆的硅钢

58、片取压装系数：21绕组系数：22每相串联导体数4.2.2磁路计算23计算每极磁通：由于采用低谐波绕组，可得 ,初设得24每极下齿部截面积：参照类似电机槽型设计取：槽口宽b01 =3.2mm，槽口高度 h01 =0.8mm，槽宽bs1 =5.3mm，槽高hs1 =18.0mm采用梨形槽。定子齿宽：转子齿宽：截面积:25定子轭部高度计算：转子轭部高度计算：轭部导磁截面积：26一级下空气隙截面积：27波幅系数：由查得28气隙磁密计算：29对应于气隙磁密最大值处的定子齿部磁密：30转子齿部磁密：31定子轭部磁密：32转子轭部磁密：33从附录三的D23 磁化曲线找出对应上述磁密的磁场强度： 从电机设计附

59、录五的D23 磁化曲线找出对应于上述磁密的磁场强度： 34齿部磁路计算长度：35轭部磁路计算长度：36有效气隙长度：其中气隙系数计算：37计算气隙磁压降：38齿部磁压降：39饱和系数：误差：，合格40计算轭部磁压降，并查取校正系数表: 于是 于是41每极磁势: 42计算满载磁化电流：43磁化电流标幺值：44励磁电抗：4.2.3参数计算45线圈平均半匝长电子线圈节距： 取：其中节距比：直线部分长度：其中d1是线圈直线部分伸出铁心的长度，去1030mm。46双层线圈端部轴向投影长：47为漏抗系数： 48按照电机设计附录四计算定子槽比漏磁导。因为是双层绕组且短距，机设计附录四计算定子槽比漏磁导。因为

60、是双层绕组，短距，根据, 相带查沈阳机电学院电机系编的三相异步电动机原理，设计与实验图613得：节距漏抗系数: 式中 因，49只在铁心部分有槽漏抗，因而计算槽漏抗时要乘上50考虑到饱和的影响，定子谐波漏抗：其中s =0.003由电机设计图4-10 以q=6, =0.5556，120相带 查出。51端部漏抗：52可知感应电机定子绕组漏抗为：除以阻抗基值：得定子漏抗标幺值:式中：等于定子漏抗标幺值：53转子槽比漏磁导：其中, 由西安交通大学陈世坤主编电机设计图附四得到。 是由 查西安交通大学陈世坤主编电机设计图附16 得曲线得到。54转子槽漏抗标幺值：55考虑到饱和影响的谐波比漏磁导，于是转子谐波